尾油循环工艺对减压蜡油加氢裂化影响研究

庞宏 范思强 吴子明

摘      要：以减压蜡油为原料在保证总处理量（新鲜进料与尾油循环量之和）一致的条件下，考察了一次通过、尾油部分循环及尾油全循环工艺对加氢裂化装置的影响。结果表明：尾油循环工艺与一次通过工艺相比较，精制段及裂化段所需反应温度低，液体产品收率高同时化学氢耗低，轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油的产品收率变化不大，重石脑油芳烃潜含量略微下降但仍为优质的催化重整进料，航煤烟点及柴油十六烷指数提升。说明当加氢裂化新鲜进料不足时，炼化企业可通过尾油循环保证全厂配置稳定的同时提升航煤与柴油的产品质量。

关  键  词：加氢裂化;尾油循环;一次通过

中图分类号：TE624.4+32       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2851-05

Abstract： The effect of one pass process， partial tail oil recycle and total tail oil recycle on hydrocracking unit was investigated by using vacuum wax oil as raw material under the condition that the same total treatment capacity （the sum of fresh feed and tail oil circulation）.The results showed that， compared with one pass process， the temperatures for refining section and cracking section with tail oil recycling process were lower， the yield of liquid products was higher and chemical hydrogen consumption was lower， the yields of light naphtha， heavy naphtha， aviation coal and diesel oil had little change， the aromatic potential content of heavy naphtha decreased slightly， but it was still high quality catalytic reforming feed， the smoke point of aviation kerosene and the cetane index of diesel oil increased， which indicated that when fresh feed for hydrocracking is insufficient， the tail oil recycling process can be used to ensure stable plant configuration and improve product quality of aviation kerosene and diesel oil.

Key words： Hydrocracking; Tail oil recycle; One pass

加氢裂化装置由于其产品品种多质量优异、生产方案灵活等优势受到了越来越多的关注，成为了各大炼化企业调节“化-油”的首选工艺之一[1，2]。因加氢裂化装置被企业定位为调节器，其进料量时常发生较大波动。在实际生产中经常由于原油供给或上游装置生产问题导致加氢裂化单元原料供给不足，如何应对这种实际问题保证下游装置原料供给的稳定以及加氢裂化产品质量的稳定，成为了各大企业以及研究人员研究的重点领域[3]。本论文旨在通过考察尾油循环对减压蜡油加氢裂化的影响，为炼化企业应对加氢裂化原料供给波动提供一条切实可行的工艺路线。

1  实验部分

1.1  催化剂与试验装置

本试验选用大连石油化工研究院成熟的加氢精制催化剂与裂化催化剂体系，在200 mL固定床加氢试验装置上进行加氢裂化试验，装置流程如图1所示。加氢裂化装置由进料系统、反应系统及分离循环系统三部分组成，进料自上而下通过反应系统，并采用氢气循环流程，氢气为净化处理后的电解氢气，纯度大于99.9%。

1.2  原料油性质

本试验所用原料油为中石化某炼厂生产的减压蜡油A，其主要性质见表1。由表1可知本试验所選用的减压蜡油S、N含量相对较多，密度、馏程、C/H含量以及BMCI值均与目前工业上实际处理的加氢裂化原料油相关性质相近，因此本试验结果有很好的代表性能够为实际生产起到指导作用。

1.3  工艺流程

本试验通过使用图1中所示的200 mL固定床加氢裂化装置进行试验，该流程为典型的单段串联加氢裂化工艺，精制反应器内装填加氢精制催化剂，精制油直接进入到装填加氢裂化催化剂的裂化反应器内，反应产物经高分、低分进入分馏系统，得到石脑油、航空煤油、柴油产品，对于未转化为目的产品的重馏分油，本试验分别采用尾油不循环的一次通过，尾油部分循环裂解、另一部分出装置以及尾油全部循环裂解的三种不同的工艺流程[4，5]。

2  结果与讨论

以减压蜡油A为原料分别以全部产品一次通过、尾油部分循环（50%）以及尾油全循环工艺流程进行加氢裂化试验，其中一次通过工艺新鲜进料量为100 g/h、尾油部分循环（50%）工艺新鲜进料量为85 g/h、尾油全循环工艺新鲜进料量为70 g/h，反应条件为反应压力15.7 MPa，精制段体积空速1.05 h-1、氢油体积比850，裂化段体积空速1.38 h-1、氢油体积比1 250，精制反应器出口油氮含量小于10 μg·g-1的条件下，通过调节精制、裂化反应温度控制大于360 ℃馏分产量为30 g/h，使得三种工艺流程下加氢裂化装置处理量（新鲜进料+尾油循环量）均为100 g/h，以此考察尾油循环工艺对于加氢裂化的具体影响。

反应温度是极其重要的工艺参数，一方面反应温度是生产中最直接的可操作参数，影响到装置的操作苛刻度，与装置能耗直接相关进而影响到装置的经济效益，同时过高的操作温度也会加速积炭结焦，影响催化剂的使用寿命。因此较低的反应温度是炼化企业希望的，使得实际操作苛刻度、装置能耗降低并且延长催化剂的使用周期。由图2可知三种不同工艺流程的精制反应器、裂化反应器所需的反应温度明显不同，一次通过工艺>部分循环工艺>全循环工艺，全循环工艺与一次通过工艺相比较，精制反应器所需平均反应温度下降3 ℃、裂化反应器平均反应温度下降约4 ℃。

与尾油的性质特点[6]相关，加氢裂化工艺尾油中几乎不含硫氮等杂质，密度也显著降低，馏程更轻，由于竞争吸附的存在，芳烃优先吸附在催化剂的表面进行开环及断链等反应导致尾油中富集链烷烃，其含量相对原料油显著增加，这也是尾油产品常常用来做蒸汽裂解制乙烯原料的主要原因。尾油循环至精制反应器内与新鲜进料相混合导致其精制段处理的进料S、N等杂质及芳烃含量降低，总体原料性质得到改善，精制段所需的温度有所降低;相应的精制反应器流出物的质量也有一定程度的提高，其芳烃含量低于一次通过工艺裂化段处理的精制流出物，系统中的氨分压也相对降低，因此尾油循环工艺裂化段温度低于一次通过工艺裂化段温度。

因此从反应温度角度分析，在装置的总处理量不变的前提下，尾油循环工艺较一次通过工艺操作苛刻度低，所需能耗低同时催化剂的使用周期延长，具有一定的优势。

对于减压馏分油的加氢裂化工艺，化学氢耗与液体产品收率直接影响着整套装置的经济效益，炼化企业加氢裂化装置总是期望具有低的化学氢耗与高的液体产品收率。在讨论尾油循环对加氢裂化工艺液收和氢耗的影响之前，需先注意针对新鲜进料与针对总进料，其液收及氢耗是不同的，本文中一次通过工艺新鲜料量为100 g/h、尾油部分循环（50%）工艺新鲜料量为85 g/h、尾油全循环工艺新鲜料量为70 g/h，三种工艺的总进料量（新鲜进料+循环油量）均是100 g/h。

由图3、图4分析可知针对总进料来说，化学氢耗：一次通过>部分循环>全循环;液体产品收率：一次通过<部分循环<全循环。这是由于循环至反应系统内的尾油已经过催化加氢精制、加氢裂化等反应过程，其饱和度明显高于新鲜进料，在控制相同转化率时，反应温度更低，主要目的产品的选择性更好，因此使得尾油循环工艺的液体产品收率明显高于一次通过工艺同时尾油循环工艺，化学氢耗也明显低于一次通过工艺。

由图3、图4分析可知针对新鲜进料量来说，化学氢耗：一次通过<部分循环<全循环;液体产品收率：一次通过>部分循环>全循环。这主要是因为本文三种工艺，新鲜进料量不同，分别为100、85、70 g/h，但新鲜原料经过加氢裂化反应得到的气体、轻、重石脑油、航煤、柴油等各裂化产物的实际产量却基本相同，即全循环工艺是以最少的新鲜进料得到了相同产量的裂化产物，此时新鲜原料完全转化，产品中无未转化油，实际转化率最高，相对新鲜进料的氢耗也最高。而一次通过流程则是以最大的新鲜进料量得到相同的裂化产物，但同时尚有30%左右的未转化油，其实际转化率最低，氢耗也相应最低。

三种工艺尾油产品的处理方式不同，因此在讨论尾油循环对于加氢裂化产品分布影响时仅关注輕石脑油、重石脑油、航煤及柴油产品收率，同时将针对总进料量与针对新鲜进料的影响分开讨论。由图5可知，针对总进料量（100 g/h）三种工艺流程对加氢裂化产品分布影响较小：轻石脑油产品收率基本一致;对于重石脑油，其收率高低顺序为：尾油循环>部分循环>一次通过，但三者差距不大;航煤产品、柴油产品的收率顺序则是尾油全循环<尾油部分循环< 一次通过，同样差距也很小。这是由于试验控制大于360 ℃馏分产量为30 g/h，即针对总进料量，三种工艺加氢裂化单程转化率是一致的，均为70%左右。由前期经验与文献经验可知，转化率一致的情况下加氢裂化产物分布一致，与本试验的结果相符合。重石脑油、航煤及柴油产品收率的略微变化是因为由于尾油的循环导致原料性质变化导致的[7]。由图5可知通过调整尾油的循环量，可在新鲜进料量降低的情况下，相应以尾油替代减少的新鲜进料量，产品中轻、重石脑油、航煤以及柴油产品的产量不变。对于炼化企业的加氢裂化装置来说，在来自上游装置的新鲜原料降低时可维持高附加值的重石脑油的产量，以保证下游催化重整进料以及煤、柴油的供应。

结合图6可知，针对新鲜进料而言，三种不同工艺流程对加氢裂化产品分布影响很大，随尾油循环量的增大，轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油的产品收率均明显增加，其中重石脑油及航煤收率增加幅度相对柴油更大，也顺应目前国内能源结构调整降低柴汽比的主流趋势。轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油的产品收率的增加，是由于循环进反应系统的尾油经进一步加氢裂化，不断发生加氢饱和、开环断链反应生成轻馏分产品导致的。

由上述分析可得，当新鲜进料短缺时，通过尾油循环工艺流程可以保证轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油的产量，为企业提供了一条可选择的技术路线。

由前文可知通过尾油循环工艺可以实现在新鲜进料降低的情况下保证轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油的产量，产品质量也是极其重要的指标参数。由图7-9可知，三种工艺流程得到的重石脑油、航煤及柴油的密度均小幅度降低;重石脑油芳烃潜含量：一次通过>部分循环>全循环;航煤烟点：一次通过<部分循环<全循环;柴油十六烷指数：一次通过<部分循环<全循环。

由图10可知，采用尾油循环工艺的尾油密度、BMCI值较一次通过得到的尾油产品，密度与BMCI值明显降低，表明循环至反应系统内的尾油轻质化。同时更为重要的是组成中链烷烃含量大幅度提高、芳烃含量降低。

因此导致装置处理的进料整体轻质化、芳烃含量降低，由尾油全循环工艺流程得到的重石脑油密度为0.74 g·cm-3，芳烃潜含量为52仍为优质的重整进料，航煤烟点为28 mm、柴油十六烷指数提升至84，航煤及柴油质量明显提升。

3  结论

本试验使用FRIPP研发的加氢精制/加氢裂化催化剂体系，反应条件为压力15.7 MPa，精制段体积空速1.05 h-1、氢油体积比850，裂化段体积空速1.38 h-1、氢油体积比1 250，在保证总处理量（新鲜进料+尾油循环量）一致的情况下考察了一次通过、尾油部分循环及尾油全循环对减压蜡油加氢裂化装置的影响。试验结果表明：尾油循环工艺所需的精制、裂化反应温度低;化学氢耗：一次通过>部分循环>全循环;液体产品收率：一次通过<部分循环<全循环;轻石脑油产品收率一致;重石脑油收率尾油循环工艺略微优于一次通过工艺;航煤产品、柴油产品收率一次通过工艺则略优于尾油循环工艺;尾油循环工艺较一次通过工艺，重石脑油芳烃潜含量有所降低但仍为优质重整原料，航煤烟点柴油十六烷指数明显增加，中间馏分油产品质量提升。

因此当炼化企业面临加氢裂化原料紧张的问题时，可通过尾油循环工艺实现轻石脑油、重石脑油、航煤及柴油产量的稳定，为催化重整等下游装置提供稳定的原料，同时由于所需反应苛刻度、化学氢耗降低以及中间馏分油（航煤、柴油）质量提升，提升企业的整体经济效益。

参考文献：

[1]杜艳泽， 张晓萍， 关明华，等. 国内馏分油加氢裂化技术应用现状和发展趋势[J]. 化工进展， 2013， 32（10）：2523-2528.

[2]俞亮. 浅论加氢裂化技术的现状与趋势[J]. 中国石油石化， 2017（10）：158-159.

[3]韩崇仁. 加氢裂化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社， 2001.

[4]杜艳泽， 李鹏， 黄新露，等. 加氢裂化尾油产品密度换算表选择[J]. 炼油技术与工程， 2013， 43（11）.

[5]宋玉琪， 黄晔， 李斌，等. 煤焦油加氢尾油的循环加氢工艺研究[J]. 化学工程， 2016， 44（10）：65-69.

[6]孙继良. 国内加氢裂化尾油的综合利用[J]. 炼油与化工， 2008（4）：3-6.

[7]陈磊. 委内瑞拉重油悬浮床加氢裂化尾油循环工艺研究[D]. 中国石油大学（华东）， 2015.